一种基于S-CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于S

【技术实现步骤摘要】
一种基于S
‑
CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统


[0001]本专利技术涉及太阳能集热
，尤其涉及一种基于S
‑
CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统。

技术介绍

[0002]作为一种取之不尽用之不竭的清洁可再生能源，太阳能的高效利用对于减小化石燃料产生的温室效应和环境污染具有重要意义，但现有的太阳能光热发电系统面临高昂的投资成本和较低的整体效率两个重大挑战，其主要限制因素为：1、蒸汽温度较低：由于存在二次换热，常用的载热介质，如合成油或熔盐，其利用温度仅约为565℃，使蒸汽温度无法达到锅炉燃烧的量值，常低于500℃，与蒸汽朗肯动力循环相结合的循环效率低于30％。2、集热效率低：高温的太阳能集热器与流体之间存在较大的传热热阻和传热温差，集热器表面有很大一部分能量散失到环境中，使得太阳能典型的热利用效率只有55％。这两大缺陷使得太阳能发电厂占地面积和投资成本大，而其综合转换效率通常却低于20％。现有的S
‑
CO2布雷顿动力循环在太阳能传递端和热传递端具有明显的缺陷。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种基于超临界二氧化碳(S
‑
CO2)纳米流体的直接吸收太阳能集热的布雷顿动力循环系统，将S
‑
CO2纳米流体同时作为集热和动力循环的工质，协同利用纳米流体强化传热的特性促进循环中工质的回热和冷却过程，从能量获取和传输两个方面同时提高系统的性能，获得远超蒸气动力循环的效率。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0005]一种基于S
‑
CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统，其特征在于：包括依次连接形成循环的S
‑
CO2纳米流体制备模块、太阳能集热模块、能量输出模块和冷却模块，所述S
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CO2纳米流体制备模块包括依次相连接的CO2气源、CO2贮存罐、纳米粉体存放管和超临界增压泵，所述CO2气源为S
‑
CO2纳米流体制备模块提供CO2气体，所述纳米粉体存放管内储存有纳米粒子粉体，所述太阳能集热模块包括容积集热管和太阳能聚光器，所述容积集热管采用透明壁面，容积集热管的入口与所述超临界增压泵的出口相连，所述太阳能聚光器能够聚焦阳光于容积集热管上，所述能量输出模块包括相互连接的汽轮机和发电机，所述容积集热管的出口与所述汽轮机的入口相连，汽轮机带动发电机输出电能，汽轮机的出口依次连接所述冷却模块和CO2贮存罐。
[0006]进一步的，所述纳米粒子为碳纳米管、石墨烯、负载有TiN或Ag的碳纳米管、负载有TiN或Ag的石墨烯其中的一种或几种，纳米粒子的浓度为10
‑
1000ppm。
[0007]进一步的，所述S
‑
CO2纳米流体制备模块还包括真空泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，所述真空泵设置在所述超临界增压泵和容积集热管之间，所述第一阀门设置在设置在所述CO2气源和CO2贮存罐之间，所述第二阀门设置在所述纳米粉体存放管和超临界增压泵之间，所述CO2贮存罐的出口和超临界增压泵的入口之间还通过所述第三阀
门相连接，所述第四阀门设置在纳米粉体存放管的入口处。
[0008]进一步的，还包括回热换热器，所述真空泵的出口和汽轮机的出口分别连接到所述回热换热器的入口上，所述容积集热管的入口和冷却模块的入口分别连接到回热换热器的出口上，从真空泵和汽轮机出来的S
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CO2纳米流体在回热换热器内部换热后分别流入容积集热管和冷却模块。
[0009]进一步的，所述冷却模块采用若干并联的圆弧状平板换热器，所述平板换热器的表面铜板上覆盖有辐射制冷膜。
[0010]进一步的，所述冷却模块布置在所述CO2气源和容积集热管之间。
[0011]进一步的，所述太阳能聚光器采用有弧度的反光板。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、纳米流体作为新型的换热工质，可以有效提高太阳能的集热、传热效率，S
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CO2作为溶剂应用于纳米粒子的制备过程，形成的超临界流体具有低表面张力、极强的润湿性能和渗透能力，有利于纳米粒子的分散。2、利用纳米粒子的吸光和强化传热特性，弥补了S
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CO2布雷顿动力循环在太阳能传递端和热传递端的缺陷，同时无相变过程的S
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CO2布雷顿循环也避免了相变干涸对纳米粒子分散性的破坏，通过互补协同利用了S
‑
CO2布雷顿动力循环和纳米流体的优点。3、将S
‑
CO2纳米流体同时作为集热和动力循环的工质，在加强集热效率的同时，利用纳米流体强化传热的特性促进循环中工质的回热和冷却过程，从能量获取和传输两个方面同时提高系统的性能，获得远超蒸气动力循环的效率。4、利用循环工质S
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CO2纳米流体直接吸收太阳能进行集热，在提高集热效率的同时减小了尺寸，避免了二次换热，减少了中间换热损失，提高了动力循环工质温度，最大限度提高了太阳能的热利用效率。5、利用容积式集热器，阳光透过透明壁面直接被分散在S
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CO2中的纳米粒子吸收，可有效避免集热面与载热剂之间的换热，热量直达流体内部，同时避免集热器与载热剂之间的大温差，降低了集热器对环境的辐射散热损失。6、协同利用纳米流体的强化传热特性，回热换热器和冷器模块的布置，可同时促进循环中工质的回热和冷却过程，进一步提升循环效率。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例结构示意图；
[0014]图2为本专利技术实施例循环过程的T
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s图。
[0015]其中：1
‑
冷却模块，2
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CO2气源，3
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CO2贮存罐，4
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纳米粉体存放管，5
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超临界增压泵，6
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容积集热管，7
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太阳能聚光器，8
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汽轮机，9
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发电机，10
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真空泵，11
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第一阀门，12
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第二阀门，13
‑
第三阀门，14
‑
第四阀门，15
‑
回热换热器。
具体实施方式
[0016]为了加深本专利技术的理解，下面我们将结合附图对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。
[0017]图1示出了一种基于S
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CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统的具体实施例，包括依次连接形成循环的S
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CO2纳米流体制备模块、太阳能集热模块、能量输出模块和冷却模块1。
[0018]其中的S
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CO2纳米流体制备模块包括依次相连接的CO2气源2、CO2贮存罐3、纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于S
‑
CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统，其特征在于：包括依次连接形成循环的S
‑
CO2纳米流体制备模块、太阳能集热模块、能量输出模块和冷却模块(1)，所述S
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CO2纳米流体制备模块包括依次相连接的CO2气源(2)、CO2贮存罐(3)、纳米粉体存放管(4)和超临界增压泵(5)，所述CO2气源(2)为S
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CO2纳米流体制备模块提供CO2气体，所述纳米粉体存放管(4)内储存有纳米粒子粉体，所述太阳能集热模块包括容积集热管(6)和太阳能聚光器(7)，所述容积集热管(6)采用透明壁面，容积集热管(6)的入口与所述超临界增压泵(5)的出口相连，所述太阳能聚光器(7)能够聚焦阳光于容积集热管(6)上，所述能量输出模块包括相互连接的汽轮机(8)和发电机(9)，所述容积集热管(6)的出口与所述汽轮机(8)的入口相连，汽轮机(8)带动发电机(9)输出电能，汽轮机(8)的出口依次连接所述冷却模块(1)和CO2贮存罐(3)。2.根据权利要求1所述一种基于S
‑
CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统，其特征在于：所述纳米粒子为碳纳米管、石墨烯、负载有TiN或Ag的碳纳米管、负载有TiN或Ag的石墨烯其中的一种或几种，纳米粒子的浓度为10
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1000ppm。3.根据权利要求1所述一种基于S
‑
CO2纳米流体的太阳能集热布雷顿动力循环系统，其特征在于：所述S
‑
CO2纳米流体制备模块还包括真空泵(10)、第一阀门(11)、第二阀门(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，毛毛，黄嘉楠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：